(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của năng lượng đầm và độ ẩm đến cường độ và chỉ số CBR của đất sét yếu gia cường vải địa kỹ thuật và đệm cát

Giới thiệu tổng quát

Với sự gia tăng nhu cầu về phát triển hạ tầng, nhiều công trình giao thông đang được xây dựng trên diện rộng ở đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL).

Do địa chất chủ yếu là đất yếu, việc xây dựng công trình gặp nhiều khó khăn và chi phí cao Để giảm chi phí cho các công trình đường giao thông nông thôn, đất khai thác từ lòng kênh, lòng sông được sử dụng làm nền đường Phương pháp này giúp tránh mất đất canh tác, tăng độ sâu lòng sông và đảm bảo nền đường chống lại mực nước dâng cao do biến đổi khí hậu.

Phương pháp khai thác đất lòng sông mặc dù có nhiều ưu điểm, nhưng cũng đối mặt với những khó khăn như tăng độ sâu và độ dốc lòng sông, dẫn đến mất ổn định bờ sông Đặc điểm địa chất của vùng ĐBSCL với đất bùn sét có hệ số rỗng lớn, tính nén lún cao và sức chống cắt thấp có thể gây ra sự cố nền móng như lún quá mức và lún không đều Để ứng dụng phương pháp này rộng rãi, cần có biện pháp gia cường nền đường nhằm tăng khả năng chịu lực và đẩy nhanh quá trình lún cố kết Nghiên cứu này sẽ tập trung vào giải pháp gia cường đất bằng vải địa kỹ thuật và đệm cát, sử dụng phương pháp thí nghiệm nén một trục CBR trong phòng thí nghiệm.

Tổng quan tình hình nghiên cứu và sự cần thiết tiến hành nghiên cứu

Trên toàn cầu, sự phát triển kinh tế nhanh chóng và dân số gia tăng ở các khu vực ven biển đã dẫn đến việc xây dựng các công trình lấn biển, được xem là giải pháp hiệu quả để khắc phục tình trạng thiếu đất tại các thành phố và khu dân cư.

Nhiều khu công nghiệp hiện nay đã áp dụng phương pháp bơm bùn lòng sông để thực hiện các công trình lấn biển Chẳng hạn, Shang và cộng sự (1998) đã cải tạo đất bùn bằng phương pháp hút chân không tại Cảng Xingang và Cảng Thiên Tân, Trung Quốc, với diện tích lấn biển lên tới 2270 km² (Ziao và cộng sự, 2012) Ngoài ra, nghiên cứu của Wang và cộng sự (2014) cũng đã tổng hợp nhiều công trình lấn biển khác, cho thấy sự phát triển mạnh mẽ của phương pháp này trong ngành xây dựng.

Hình 1 1: Quá trình phát triển của Cảng Thiên Tân, Trung Quốc (Ziao và cộng sự,

Nghiên cứu của Zhang và cộng sự (2015) về tính thấm của ba loại đất sét bùn cho thấy hệ số thấm phụ thuộc vào hệ số rỗng và hàm lượng đất sét, với hệ số thấm giảm khi hàm lượng đất sét tăng Hệ số rỗng của bùn cũng giảm dần theo thời gian, khiến đất đắp bằng bùn nạo vét cần vài năm để ổn định và cần các biện pháp gia cường để tăng cường độ cho đất nền Nhiều phương pháp gia cường đã được áp dụng, bao gồm vải địa kỹ thuật, đệm cát, túi địa kỹ thuật Geocell và cọc vật liệu rời, mang lại hiệu quả cải thiện cường độ cho đất bùn yếu.

Palmeira và cộng sự (1998) đã áp dụng phương pháp giải tích để xác định hệ số an toàn của nền đê gia cố bằng vải địa kỹ thuật Kết quả cho thấy rằng đê được gia cường bằng vải địa kỹ thuật có hệ số an toàn cao hơn so với đê không được gia cường Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng hệ số an toàn tối thiểu đối với đê gia cố bằng vải địa kỹ thuật trong thiết kế thông thường cần đạt Fs > 1.2.

Nghiên cứu của Unnikrishnan và cộng sự (2002) đã chỉ ra rằng lớp cát kẹp giữa vải địa kỹ thuật theo kiểu Sandwich có tác dụng cải thiện tương tác bề mặt giữa đất sét và vải địa kỹ thuật Phương pháp thí nghiệm nén 3 trục được áp dụng, cho thấy lớp cát không chỉ gia tăng cường độ cho đất sét mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc thoát nước, giúp giảm áp lực nước lỗ rỗng trong quá trình mẫu chịu tải trọng.

Yu và cộng sự (2005) đã tiến hành nghiên cứu về cơ chế hoạt động của đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật dưới đê chắn sóng trên nền đất yếu thông qua các biện pháp thí nghiệm vật liệu, mô hình và phân tích số (FEM) Kết quả cho thấy, trong việc kiểm soát biến dạng, sự kết hợp này có hai cơ chế tác động: vải địa kỹ thuật không chỉ hạn chế sự dịch chuyển ngang của nền đắp mà còn tăng cường tính toàn vẹn, từ đó nâng cao tính ổn định cho nền Đặc biệt, khi đất nền càng yếu, sự dịch chuyển ngang càng lớn, làm tăng hiệu quả của vải địa kỹ thuật.

Hufenus và cộng sự (2006) đã tiến hành nghiên cứu về khả năng chịu tải và ứng xử của đất yếu được gia cường bằng vải địa kỹ thuật thông qua các thí nghiệm thực tế trên nền đường Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc gia cường đất yếu chỉ hiệu quả khi sử dụng một lớp mỏng cốt liệu thô đặt giữa các lớp vải địa kỹ thuật Trong tình huống này, hiện tượng lún trên nền đường sẽ tạo ra biến dạng kéo dài và lực căng trong vải địa kỹ thuật, từ đó góp phần tạo ra hiệu ứng gia cường cho đất nền.

Nghiên cứu của Zhou và cộng sự (2008) đã chỉ ra rằng việc sử dụng biện pháp gia cố đệm cát kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật Geogrid và túi địa kỹ thuật Geocell có tác dụng đáng kể trong việc tăng cường khả năng chịu lực của lớp đất yếu Kết quả cho thấy hệ kết cấu này làm tăng hệ số nền K0 lên tới 30 lần, đồng thời giảm độ lún tới 44% và giảm ứng suất tại bề mặt lớp đất yếu so với tình trạng không được gia cố.

Sitharam và cộng sự (2013) đã nghiên cứu việc sử dụng Geocell làm nền móng cho đập cao 3m trên bùn đỏ, một sản phẩm thải từ ngành công nghiệp nhôm Nghiên cứu này đề xuất một phương pháp giải tích để xác định khả năng chịu tải của nền móng.

Nghiên cứu cho thấy việc gia cường lớp bùn yếu bằng Geocell kết hợp với lưới vải địa kỹ thuật mang lại hiệu quả vượt trội hơn so với việc chỉ sử dụng Geocell Sự kết hợp này không chỉ cải thiện đáng kể khả năng chịu lực của nền mà còn tăng cường sức mạnh lên từ 4 đến 5 lần.

Nghiên cứu của Dash và cộng sự (2013) cho thấy việc cải tạo nền đất yếu bằng Geocell và đệm cát kết hợp với cọc đá mang lại hiệu quả đáng kể Cụ thể, cọc đá với chiều dài và mật độ phù hợp có thể tăng khả năng chịu lực của đất yếu lên gấp 3 lần Trong khi đó, Geocell và đệm cát có khả năng nâng cao khả năng chịu lực lên đến 7 lần Đặc biệt, khi kết hợp cả ba yếu tố: đệm cát, vải địa kỹ thuật Geocell và cọc đá, khả năng chịu lực của đất nền có thể tăng gấp 10 lần so với trạng thái ban đầu chưa được gia cố.

Nghiên cứu của Lin và cộng sự (2014) tập trung vào việc kiểm tra đặc tính thấm của lớp vải địa kỹ thuật Kết quả cho thấy vải địa kỹ thuật có khả năng ngăn chặn sự xâm nhập của đất sét vào biên thấm, từ đó khẳng định vai trò quan trọng của nó trong các ứng dụng kỹ thuật.

Prasada và cộng sự (2016) đã nghiên cứu việc sử dụng xỉ kẽm để thay thế đất đắp trong kết cấu đất gia cường bằng vải địa kỹ thuật Kết quả cho thấy xỉ kẽm có khả năng thay thế hiệu quả cho đất đắp trong các kết cấu và tường gia cường Tuy nhiên, khi so sánh với cát, hệ số ma sát giữa xỉ kẽm và lưới vải địa kỹ thuật thấp hơn do kết cấu của xỉ kẽm yếu hơn so với kết cấu của đất cát.

Nghiên cứu của Lê Bá Vinh và cộng sự (2003) tập trung vào giải pháp xử lý nền và tính toán ổn định cho công trình đường cấp III trên nền đất yếu mỏng Các giải pháp được đề xuất bao gồm: (1) sử dụng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật; (2) đệm cát kết hợp với hệ cừ tràm ngang; (3) đệm cát kết hợp với hệ cừ tràm đứng dưới taluy; và (4) đệm cát kết hợp với cọc bản nhựa Nghiên cứu cũng đưa ra phương pháp tính toán hệ số an toàn chống trượt cho cả nền tự nhiên và nền gia cường.

Hình 1 2: Giải pháp xử lý nền bằng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật (Lê Bá

Lê Xuân Roanh (2014) đã chỉ ra những thách thức trong quản lý an toàn đê, bao gồm hiện tượng thấm qua nền, mực nước ngầm dâng cao, lún, sạt, và trượt Nghiên cứu của ông trình bày các công nghệ xử lý nền và thi công đê, đập phá sóng, và móng đường trên nền đất yếu Các phương pháp được đề xuất bao gồm: (1) xử lý nền đê bằng đệm cát; (2) xử lý nền bằng bấc thấm và giếng cát; (3) sử dụng vải địa kỹ thuật để gia cố đê; (4) xử lý nền đê bằng bè cây; (5) xử lý nền bằng đệm cọc cát; (6) gia tăng độ chặt nền bằng đầm nén; và (7) đắp cố kết theo giai đoạn để tăng cường chỉ tiêu cơ lý trước khi tiếp tục thi công.

Hình 1 3: Xử lý nền đê bằng đệm cát (Lê Xuân Roanh, 2014)

Sự cần thiết tiến hành nghiên cứu

Phương pháp cải tạo đất bùn yếu và đất bùn nạo vét từ lòng sông ở khu vực ĐBSCL mang lại nhiều ưu điểm cho công tác san lấp, nhưng cũng đối mặt với một số khó khăn.

- Ưu điểm: (1) Tránh làm mất đất canh tác tại địa phương, (2) gia tăng độ sâu lòng sông và (3) đảm bảo cao độ công trình

Sử dụng bùn yếu làm đất đắp có thể kéo dài thời gian thi công và gây ra các sự cố như lún, biến dạng và mất ổn định cho công trình Đặc điểm của loại đất này là nhão, có hệ số rỗng lớn và khả năng chịu lực kém, do đó cần cân nhắc kỹ lưỡng khi lựa chọn vật liệu cho các dự án xây dựng.

Để đảm bảo khả năng chịu tải trọng cho các hạng mục san lắp bằng đất bùn nạo vét từ lòng sông, cần áp dụng biện pháp gia cường hiệu quả Một trong những kỹ thuật có thể sử dụng là kết hợp đệm cát và vải địa kỹ thuật, nhằm nâng cao cường độ nền đất.

Tính mới, tính thời sự, ý nghĩa khoa học

1.4.1 Tính mới Đề tài đề xuất nghiên cứu ảnh hưởng của năng lượng đầm và độ ẩm đến cường độ và chỉ số CBR của đất yếu được khai thác trực tiếp từ lòng sông khi được gia cường vải địa kỹ thuật kết hợp với đệm cát theo nguyên lý:

(1) đệm cát đóng vai trò tạo biên thoát nước đẩy nhanh quá trình cố kết đất sét bùn yếu;

(2) vải địa kỹ thuật tạo biên ngăn cách sự xâm nhập của đất bùn vào đệm cát;

(3) đất bùn yếu kết hợp đệm cát và vải địa kỹ thuật tạo thành hệ chịu lực đảm bảo khả năng chịu tải trọng cho nền đường

(4) đầm mẫu với năng lượng đầm càng lớn sẽ giúp tăng độ chặt cho mẫu

Hiện nay, việc sử dụng lớp gia cường như vải địa kỹ thuật và đệm cát để cải tạo và gia cố nền đất yếu ngày càng phổ biến cả trên thế giới và tại Việt Nam Tuy nhiên, nghiên cứu về đất nạo vét ở lòng sông Đồng bằng sông Cửu Long vẫn còn hạn chế.

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích mối quan hệ giữa chỉ số CBR của mẫu đất không gia cường và mẫu đất gia cường khi được đầm chặt với các mức năng lượng đầm khác nhau Kết quả sẽ giúp hiểu rõ hơn về hiệu quả của việc gia cường đất trong các điều kiện thi công khác nhau.

Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của nghiên cứu này là phân tích ứng xử CBR (California Bearing Ratio) dựa trên mức năng lượng đầm của các mẫu khác nhau, bao gồm mẫu không gia cường, mẫu gia cường bằng vải địa kỹ thuật và mẫu gia cường bằng đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật.

- Ứng xử CBR của mẫu không gia cường theo mức năng lượng đầm

- Ứng xử CBR của mẫu gia cường 1 lớp vải địa kỹ thuật theo mức năng lượng đầm

- Ứng xử CBR của mẫu gia cường 1 cm đệm cát theo mức năng lượng đầm

- Ứng xử CBR của mẫu gia cường 1.5 cm đệm cát theo mức năng lượng đầm

- Ứng xử CBR theo số lớp vải địa kỹ thuật gia cường và theo chiều dày lớp đệm cát gia cường

- Đưa ra 1 số cơ chế phá hoại của mẫu gia cường vải địa kỹ thuật từ những nghiên cứu tìm hiểu được

Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài

Nghiên cứu này làm rõ mối tương quan giữa chỉ số CBR của mẫu đất không gia cường và mẫu gia cường khi được đầm chặt ở các mức năng lượng khác nhau Kết quả cho thấy rằng giá trị CBR của lớp gia cường được cải thiện đáng kể khi áp dụng mức năng lượng đầm lớn hơn.

Nghiên cứu chưa đào sâu phân tích mối quan hệ giữa CBR đến cường độ của mẫu đất bùn yếu được gia cường trong mô hình thực tế

Quá trình phân tích cường độ của mẫu đất bùn yếu gia cường và các tính chất của mẫu này yêu cầu thực hiện các thí nghiệm chuyên sâu và hiện đại.

Nghiên cứu tập trung vào việc xác định giá trị CBR của các mẫu đất bùn yếu đã được gia cường và đầm chặt với các mức năng lượng đầm khác nhau.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu này dựa trên các tài liệu tham khảo từ các tác giả đã nêu, đặc biệt là nghiên cứu của Yang và cộng sự (2015) về phương pháp tạo mẫu gia cường Tuy nhiên, nghiên cứu đã điều chỉnh kích thước mẫu thí nghiệm, phương pháp tạo mẫu và loại đất thí nghiệm Thay vì sử dụng thí nghiệm nén 3 trục như trong nghiên cứu của Yang, nghiên cứu này áp dụng thí nghiệm nén một trục CBR để xác định cường độ của đất gia cường.

Hình 1.7 minh họa vị trí của vải địa kỹ thuật cùng với chiều dày từng lớp đất trong mẫu đất bùn yếu được gia cường, theo nghiên cứu của Yang và cộng sự (2015) trong thí nghiệm nén 3 trục.

Nghiên cứu này dựa trên quá trình thực hiện thí nghiệm nén 3 trục theo phương pháp của Yang và cộng sự (2015), đồng thời tham khảo kết quả từ nghiên cứu của Nguyễn Tấn Phước (2018) về giá trị CBR của tổ mẫu 10 chày/lớp Mục tiêu là đưa ra những kết luận chính xác nhất về mối tương quan giữa giá trị CBR và các mức năng lượng đầm.

Lý thuyết nén một trục CBR

Chỉ số CBR (California Bearing Ratio) là thước đo sức chịu tải của đất và vật liệu, được áp dụng trong thiết kế kết cấu áo đường theo phương pháp AASHTO CBR phản ánh khả năng chịu lực của vật liệu, được tính bằng phần trăm so với vật liệu tiêu chuẩn của phòng thí nghiệm đường bộ bang California, Mỹ.

Công thức tính giá trị CBR theo tiêu chuẩn 22 TCN 332-06:

- CBR1 - giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), %;

- CBR2 - giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), %;

- P1 - là áp lực nén trên mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm; (daN/cm2)

- P2 - là áp lực nén trên mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm; (daN/cm2)

- 69 – là áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm; daN/cm2

Áp lực nén tiêu chuẩn 103 là tương ứng với độ lún 5,08 mm, được đo bằng daN/cm2 Biểu đồ quan hệ giá trị CBR với các mức năng lượng đầm khác nhau (10 chày, 25 chày, 56 chày) cho thấy mối liên hệ rõ ràng giữa chúng.

Hình 2 1: Biểu đồ quan hệ giữa CBR và khối lượng thể tích khô theo TCVN 22

Tương quan giữa chỉ số CBR và khả năng chịu tải của đất nền

Nghiên cứu của Yusep (2013) đã tổng hợp nhiều công trình của các tác giả khác nhau về mối tương quan giữa chỉ số CBR và khả năng chịu tải của đất, được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 2 1: Tổng hợp các công thức liên quan tới chỉ số CBR

Tác giả Tương quan với chỉ số CBR

Black (1962) CBR unstauretd CBR saturated (Degree.of saturation) 2.3

Nghiên cứu trong luận văn chỉ tập trung vào mối quan hệ giữa chỉ số CBR và năng lượng đầm của mẫu không gia cường so với mẫu gia cường, mà chưa phân tích sâu về mối liên hệ giữa CBR và cường độ của mẫu Các công thức liên hệ được trình bày trong bảng 2.1 chỉ mang tính chất tham khảo.

Chương trình thí nghiệm

Thí nghiệm CBR được thực hiện trên mẫu đất sét cả không gia cường và gia cường bằng vải địa kỹ thuật cùng với đệm cát Các thông số thí nghiệm được điều chỉnh bao gồm năng lượng đầm, số chày đầm mỗi lớp, khối lượng thể tích khô, độ ẩm, số lớp vải địa kỹ thuật gia cường, chiều dày lớp đệm cát và độ bão hòa của mẫu đất.

2.3.1 Các tổ mẫu thí nghiệm: Đầm tạo mẫu thí nghiệm CBR: chày đầm cải tiến nặng 4.54kg và có chiều cao rơi 457mm; tương ứng với các mức năng lượng đầm cho từng lớp, ta có các tổ mẫu như sau (theo TCVN 22 TCN 332-06):

- Mẫu không ngâm: độ ẩm của đất tại độ ẩm tối ưu (OMC) để đất đạt khối lượng thể tích khô lớn nhất

- Mẫu ngâm: sau khi tạo mẫu tại độ ẩm tối ưu, mẫu đất sẽ được ngâm trong nước 96 giờ theo tiêu chuẩn TCVN 22 TCN 332-06

Tương ứng với mỗi loại trên có các mẫu sau:

Bảng 2 2: Tổng hợp các mẫu đất gia cường vải địa kỹ thuật

Mẫu đất không gia cường

Mẫu đất gia cường 1 lớp vải địa kỹ thuật

Bảng 2 3: Tổng hợp các mẫu đất gia cường với đệm cát và vải địa kỹ thuật

Mẫu đất gia cường 1 cm đệm cát và vải địa kỹ thuật

Mẫu đất gia cường 1.5 cm đệm cát và vải địa kỹ thuật

Bảng 2 4: Tổng hợp số lượng mẫu đã thực hiện

Số lớp vải địa Số lượng

Phương pháp thực hiện

Xác định độ ẩm tối ưu (OMC) của các mức năng lượng đầm khác nhau (10 chày/lớp, 25 chày/lớp, 56 chày/lớp) là một quy trình quan trọng trong việc đầm nén đất và đá dăm Theo tiêu chuẩn TCVN 22 TCN 333-06, việc thực hiện thí nghiệm này trong phòng thí nghiệm giúp đảm bảo chất lượng và hiệu quả của công tác đầm nén.

Chuẩn bị mẫu đất bao gồm các bước chế bị đất, tạo mẫu và ngâm mẫu, sau đó tiến hành thí nghiệm nén một trục CBR theo tiêu chuẩn TCVN 22 TCN 332-06 để xác định chỉ số CBR của đất và đá dăm trong phòng thí nghiệm.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM

3.1.1 Đất bùn sét nạo vét từ lòng sông Đất bùn sét nạo vét từ lòng sông Cái Lớn, tỉnh Kiêng Giang Đất bùn thuộc loại đất sét bùn dẻo cao (OH-MH, phân loại theo USCS của Hòa Kỳ) Với các chỉ tiểu cơ lý như bảng sau:

Bảng 3 1: Tính chất cơ học của đất

Dung trọng tự nhiên của đất, γ (kN/m3) 16.13 Độ ẩm tự nhiên của đất, ω (%) 55.4

Hệ số rỗng ban đâu, e0 1,55

Phân loại đất theo USCS OH và MH

Vải địa kỹ thuật không dệt (Non woven Geotextiles) là loại vật liệu có độ dày và khả năng thấm nước cao, giúp tiêu thoát nước hiệu quả cả theo phương đứng và phương ngang.

Vì thế, loại vải địa này có thể đẩy nhanh quá trình thoát nước, giúp nền nhanh ổn định về độ lún

Các tính tính chất cơ học của vải được thể hiện trong bảng 3.2:

Bảng 3 2: Tính chất cơ học của vải địa kỹ thuật

Khả năng chịu kéo (kN/m) – phương dọc vải 9,28

Khả năng chịu kéo (kN/m) – phương ngang vải 7,08

Biến dạng dài khi phá hoại phương dọc vải (%) 84,1

Biến dạng dài khi phá hoại phương ngang vải (%) 117,8

Kích thước lỗ lọc, O90 (mm) 0,11

Lưu lượng thấm ở 100mm cột nước, l/m 2 /giây 196

3.1.3 Cát thí nghiệm Đệm cát dùng trong thí nghiệm có các chỉ tiêu cơ lý như sau:

Bảng 3 3: Tính chất cơ học của cát

Phân loại cát SP: Cát sạch, ít hạt mịn, cấp phối kém

Khối lượng thể tích nhỏ nhất, ρdmin (g/cm 3 ) 1,28

Hệ số rỗng nhỏ nhất, emin 0,692

Khối lượng thể tích lớn nhất, ρdmax (g/cm 3 ) 1,573

Hệ số rỗng lớn nhất, emax 1,078

Khối lượng thể tích tại độ chặt 90% D90, ρd (g/cm 3 ) 1,538

Bảng 3 4: Dụng cụ tạo mẫu

STT Thiết bị, dụng cụ Kích thước

2 Chày đầm cải tiến Chày đầm 4.54 kg;

4 Tấm đo trương nở D = 149.2 ± 1.6 (mm);

5 Đồng hồ đo trương nở Độ chính xác 0.01mm

6 Giá đỡ thiên phân kế (giá đỡ đồng hồ đo trương nở)

7 Tấm gia tải (2.27 kg) Hình tròn và hình bán nguyệt

Hình 3 1: Cối CBR và tấm đệm

Hình 3 2: Cối CBR được sử dụng

3.2.2 Thiết bị nén một trục CBR

- Tên máy : HUMBOLDT HM-5030; độ chính sác 0.001 mm

3.2.3 Thiết bị đo chuyển vị vải địa

Bộ giá đo gồm: giá đỡ và các que đo, được chế tạo với khoảng cách giữa các điểm đo là 10mm

Hình 3 4: Kích thước thiết bị đo biến dạng vải địa kỹ thuật

Hình 3 5: Hình ảnh thực tế của thiệt bị đo biến dạng vải

Hình 3 6: Quá trình đo biến dạng vải

3.3 Quá trình thực hiện thí nghiệm

3.3.1 Chuẩn bị đất thí nghiệm

Bước 1: Thu thập mẫu đất tự nhiên: Đất được lấy trực tiếp từ lòng sông ở Đồng Bằng sông Cửu Long trong tình trạng no nước

Bước 2: Phơi khô đất Loại bỏ các tạp chất có trong đất

Bước 4: Đập rời đất đã phơi khô bằng búa cao su

Bước 5: Sàng lọc đất qua sàng đường kính 1mm

3.3.2 Xác định độ ẩm tối ưu

Theo TCVN 22 TCN 333-06 mục 2.1, việc xác định độ ẩm tối ưu là cần thiết để đảm bảo khi đầm nén với công đầm quy định, lớp vật liệu sẽ đạt độ chặt lớn nhất, từ đó tối ưu hóa cường độ của nó.

Các bước thí nghiệm xác định độ ẩm tối ưu (theo tiêu chuẩn TCVN 22 TCN 333-06 Đầm nén đất, đá dăm trong phòng thí nghiệm):

Bước 1 : Xác định thể tích lọt lòng cối đầm tạo mẫu

Bước 2 : Thí nghiệm đầm mẫu với các độ ẩm khác nhau

Bước 3 : Xác định khối lượng đất trong cối sau khi đầm

Bước 4 : Xác định khối lượng thể tích ướt của mẫu đất theo công thức

Trong đó: γw – là khối lượng thể tích ướt của mẫu, g/cm 3 ;

M1 – là khối lượng của mẫu và cối, g;

M – là khối lượng của cối, g;

V – là thể tích dao vòng, cm 3 ;

Bước 5 : Xác định độ ẩm của mẫu sau khi đầm theo công thức

W – là độ ẩm của mẫu, %;

A – là khối lượng của mẫu ướt và hộp giữ ẩm, g;

B – là khối lượng của mẫu khô và hộp giữ ẩm, sau khi sấy tại nhiệt độ 110 ± 5% đến khi khối lượng không đổi, g;

C – là khối lượng của hộp giữ ẩm, g;

Bước 6 : Xác định khối lượng thể tích khô theo công thức

 Trong đó: γk – là khối lượng thể tích khô của mẫu, g/cm3; γw – là khối lượng thể tích ướt của mẫu, g/cm3;

W – là độ ẩm của mẫu, %;

Bước 7 : Lập Biểu đồ xác định độ ẩm tối ưu

Bảng 3 5: Tổng hợp độ ẩm tối ưu, dung trọng ướt, dung trọng khô của các tổ mẫu

Tổ mẫu Độ ẩm tối ưu,

Khối lượng thể tích ướt, γw (g/cm 3 )

Khối lượng thể tích khô, γk (g/cm 3 )

Tạo ẩm mẫu đất tương ứng với độ ẩm tối ưu của từng tổ mẫu: 10 chày / lớp; 25 chày / lớp; 56 chày / lớp;

Bước 1: Sấy khô mẫu đất thí nghiệm đã được chuẩn bị W = 0%

Bước 2: Xác định khối lượng đất sử dụng

Bước 3 là xác định khối lượng nước phù hợp với độ ẩm của từng tổ mẫu Tiếp theo, ở bước 4, tiến hành trộn nước và đất để đạt được độ ẩm cần thiết cho việc tạo mẫu.

Bước 5: Dưỡng bão hòa đất đã trộn đến khi sử dụng

3.3.4 Quá trình tạo mẫu đất gia cường vải địa kỹ thuật a Phương pháp tạo mẫu: Phương pháp đầm động

- Bước 1 : Sử dụng đất đã được tạo ẩm tại độ ẩm tương ứng với từng tổ mẫu (bảng 3.5)

- Bước 2 : Các mẫu thí nghiệm gồm mẫu không gia cường và mẫu gia cường Mẫu gia cường gồm: gia cường 01 lớp vải, gia cường 2 lớp vải, gia cường

03 lớp vải, gia cường 05 lớp vải Tương ứng với từng mẫu ta xác định chiều dày mỗi lớp đất, từ đó xác định thể tích mỗi lớp đất

- Bước 3 : Ứng với từng tổ mẫu, ta tính khối lượng đất cho từng lớp đất Khối lượng đất = (khối lượng thể tích ướt, bảng 3.5) x (thể tích)

- Bước 4 : Đầm đất theo quy định b Kích thước mẫu đất gia cường vải địa kỹ thuật

Bảng 3 6: Kích thước mẫu đất gia cường vải địa kỹ thuật

Hình 3 7: Hình ảnh của các mẫu thí nghiệm

3.3.5 Quá trình tạo mẫu đất gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật: a Phương pháp tạo mẫu:

Phương pháp đầm tĩnh (ép bằng máy); ưu điểm của phương pháp là giúp lớp đệm cát có chiều dày chính xác trong mẫu

Các bước tiến hành tương tự như tạo mẫu gia cường vải địa kỹ thuật

- Bước 1 : Sử dụng đất đã được tạo ẩm tại độ ẩm tối ứng với từng tổ mẫu (bảng 3.5)

Bước 2 trong quy trình thí nghiệm bao gồm việc phân loại các mẫu thành mẫu không gia cường và mẫu gia cường Các mẫu gia cường được thiết kế với các kích thước khác nhau, bao gồm gia cường 1cm, 1.5cm, 2cm và 4cm đệm cát Đối với mỗi mẫu, chúng ta cần xác định chiều dày của từng lớp đất, từ đó tính toán thể tích của mỗi lớp đất một cách chính xác.

- Bước 3 : Ứng với từng tổ mẫu, ta tính khối lượng đất cho từng lớp đất Khối lượng đất = (khối lượng thể tích ướt, bảng 3.5) x (thể tích)

- Bước 4 : Cho khối lượng đất (của 1 lớp) vào cối, sử dụng máy ép đến cao độ xác định ở bước 2 (ứng với vị trí của các lớp)

Hình 3 8: Quá trình nén tạo mẫu gia cường đệm cát

46 b Kích thước các mẫu đất gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật

Bảng 3 7: Kích thước các mẫu gia cường đệm cát kết hợp với vải địa kỹ thuật

Mẫu đất gia cường 1.5 cm đệm cát và vải địa kỹ thuật

Hình 3 9: Mẫu gia cường đệm cát và vải địa kỹ thuật

3.3.6 Quá trình thí nghiệm nén một trục CBR

Sử dụng thiết bị HUMBOLDT HM-5030 để thực hiện thí nghiệm nén CBR

Hình 3 10: Quá trình nén mẫu đất

3.3.7 Quá trình ngâm mẫu và xác định độ trương nở của mẫu:

- Mẫu ngâm: ngâm trong 96 giờ theo tiêu chuẩn TCVN 22 TCN 332-06

- Sử dụng đồng hồ đo biến dạng khi ngâm, sai số 0.01mm

- Sử dụng máy ảnh để ghi lại quá trình biến dạng, thời gian ghi lại 120 phút 1 lần

Hình 3 11: Đế thấm và đồng hồ đo

Hình 3 12: Hình ảnh ngâm mẫu thực tế

3.3.8 Quá trình xác định khối lượng thể tích khô của mẫu Đối với mẫu không ngâm, trước khi nén mẫu, cần xác định:

- Chiều cao lớp đất trong mẫu = (chiều cao mẫu – chiều cao của lớp gia cường), từ đó tính được thể tích của đất trong mẫu

- Khối lượng đất trong mẫu = (khối lượng mẫu – khối lượng lớp gia cường);

Sau khi ngâm mẫu trong 96 giờ, cần tính toán khối lượng thể tích ướt trước khi xác định khối lượng thể tích khô của mẫu theo công thức đã nêu ở mục 3.3.2.

- Cân khối lượng mẫu sau ngâm, từ đó tính khối lượng đất trong mẫu (đã trừ đi khối lượng lớp gia cường);

- Từ phần trăm trương nở xác định được sau ngâm, từ đó tính chiều cao của lớp đất trong mẫu (đã trừ khi chiều cao lớp gia cường);

- Xác định độ ẩm sau khi ngâm mẫu;

- Từ đó, tính toán khối lượng thể tích ướt, sau đó tính khối lượng thể tích khô của mẫu (theo công thức ở mục 3.3.2)

3.3.9 Xác định biến dạng của vải địa sau thí nghiệm:

- Thiết bị đo gồm : Bộ giá đo vải và máy HUMBOLDT HM-5030

Hình 3 13: Trình tự đo biến dạng vải

Các bước đo biến dạng của vải:

- Bước 1: Lắp bộ dụng cụ đo vào mẫu vải địa kỹ thuật (mẫu vải sau khi nén CBR) như hình 3.13

Bước 2: Tiến hành đo với thiết bị có độ chính xác 0.001 mm Theo trình tự đo như hình 3.14, ghi lại giá trị tại các vị trí đầu que đo từ 1 đến hết.

Hình 3 14: Mô hình của quá trình đo giá trị tại các que đo

- Bước 3: Xử lý số liệu

4.1 Ứng xử CBR của mẫu đất sét không gia cường

4.1.1 Tương quan áp lực và chiều sâu xuyên CBR mẫu không gia cường

Ta có biểu đồ tương tác giữa áp lực xuyên và chiều sâu xuyên của các tổ mẫu (ở trạng thái không ngâm và ngâm) như sau:

Hình 4 1: Tương quan giữa áp lực xuyên và chiều sâu xuyên của mẫu không gia cường (không ngâm)

Hình 4 2: Tương quan giữa áp lực xuyên và chiều sâu xuyên của mẫu không gia cường (ngâm)

Mẫu không ngâm cho thấy sự khác biệt rõ rệt về khoảng cách giữa các đường áp lực, trong đó mẫu 56 chày có khoảng cách lớn nhất, tiếp theo là mẫu 25 chày, và mẫu 10 chày có khoảng cách nhỏ nhất Kết quả này được tham khảo từ luận văn của Nguyễn Tấn Phước.

2018) Có thể thấy năng lượng đầm mẫu càng lớn thì cho cường độ càng lớn

Mẫu ngâm có thứ tự các đường giống như mẫu không ngâm, trong đó mẫu 56 có chày cao nhất và giảm dần ở các mẫu tiếp theo Tuy nhiên, khoảng cách giữa các mẫu không còn chênh lệch quá lớn như ở mẫu không ngâm Đồng thời, áp lực xuyên cũng giảm đáng kể, từ hơn 7200 kPa xuống còn hơn.

4.1.2 Tương quan chỉ số CBR theo năng lượng đầm của mẫu không gia cường

Để đánh giá khả năng cải thiện chỉ số CBR theo mức năng lượng đầm, chúng ta tiến hành so sánh CBR của các mức năng lượng đầm lớn hơn (25 chày, 56 chày) với CBR của mức năng lượng đầm 10 chày, dựa trên mẫu 10 chày được tham khảo từ kết quả của luận văn.

Nguyễn Tấn Phước, 2018) Kết quả được thể hiện ở bảng dưới:

Bảng 4 1: Kết quả CBR và khả năng cải thiện CBR theo mức năng lượng đầm của mẫu không gia cường (mẫu không ngâm)

MẪU KHÔNG NGÂM 10 chày 25 chày 56 chày

KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CBR (so với mẫu 10 chày) (lần) 1 1.81 3.25

KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CBR (so với mẫu 25 chày) (lần) 1 1.8

Hình 4 3: Tương quan CBR và khả năng cải thiện CBR theo năng lượng đầm của mẫu không gia cường (mẫu không ngâm)

10 CHÀY/LỚP 25 CHÀY/LỚP 56 CHÀY/LỚP

KHẢ NĂNG CẢI THIỆN CBR (LẦN)

Khả năng cải thiện CBR so với mẫu 10 chàyKhả năng cải thiện CBR so với mẫu 25 chàyGIÁ TRỊ CBR

Biểu đồ cho thấy mối quan hệ giữa mức năng lượng đầm và giá trị CBR, với mẫu 56 chày đạt giá trị CBR cao nhất, tiếp theo là mẫu 25 chày, trong khi mẫu 10 chày có giá trị thấp nhất Mẫu 10 chày được tham khảo từ luận văn của Nguyễn Tấn Phước (2018).

Mẫu 25 chày có chỉ số CBR cao hơn mẫu 10 chày 1.81 lần, trong khi mẫu 56 chày vượt trội hơn với chỉ số CBR lớn hơn 3.25 lần Điều này chứng tỏ rằng khả năng cải thiện chỉ số CBR của mẫu tăng lên khi được đầm ở mức năng lượng cao hơn.

- So với mẫu 25 chày, mẫu 56 chày có CBR lớn hơn 1.8 lần

4.1.3 Ảnh hưởng của quá trình ngâm mẫu đến CBR mẫu không gia cường

Hình 4 4: Tương quan CBR giữa mẫu không ngâm và mẫu ngâm

Biểu đồ cho thấy sự giảm mạnh chỉ số CBR của mẫu không gia cường khi ngâm bão hòa Để làm rõ hơn về sự giảm này, ta có thể xem xét trường hợp ngâm 100.

 CBRkhongngam – chỉ số CBR của mẫu không ngâm;

 CBRngam – chỉ số CBR của mẫu ngâm;

 CBRgiam – phần trăm CBR giảm do quá trình ngâm

10 CHÀY/LỚP 25 CHÀY/LỚP 56 CHÀY/LỚP

Bảng 4 2: Phần trăm giảm CBR khi ngâm mẫu

Hình 4 5: Tương quan phần trăm giảm CBR của mẫu không gia cường

Định dạng
Số trang	170
Dung lượng	11,82 MB